2009年照明級LED發展狀況與廠商一覽

隨著LED的效率提升與技術進步,LED應用領域逐漸由背光以及指示燈用途開始跨入照明領域。不過為了要解決光與熱的問題,各家LED廠商從晶片到封裝,甚至到燈具都有各自的解決方案,產品規格繁多。因此LEDinside為讀者整理現階段照明級LED的發展現況,以及各家廠商的主力產品。

照明級LED規格探討
照明級LED可以從許多層面來探討與分類。從晶片端來分類的話,可以從電流來分類小功率(High Brightness LED,20~150mA),高功率(High Power LED,<150mA),AC LED等類型。而從封裝結構來區分主要可以分為在單一封裝體上用單一晶片來作單晶片封裝(single chip package)、或是在單一封裝體上用多晶片做成多晶片封裝(multi chip package)。而不同的封裝結構與晶片都有其適合的照明燈具市場。

Figure-1 照明級LED晶片與封裝規格


各種規格LED所適用的LED燈具

目前燈泡型式的LED燈具採用的光源多半為單晶、多晶封裝的高功率LED、AC LED等。單晶封裝的高功率LED,普遍用在MR16、LED投射燈等光源集中、指向性強的照明產品。而10W以上取代省電燈泡的LED燈泡則是採用多顆封裝的高功率LED當作光源。AC LED,受限於AC LED晶片的技術瓶頸,目前普遍還是10W以下取代白熾燈的LED燈泡居多。至於燈條型式的照明燈具,現階段廠商多半採用小功率多晶封裝形式,也有廠商採取高功率多晶封裝形式。

Figure-2 各種規格LED所適用的LED燈具


LED與傳統光源的成本比較

至於LED光源與傳統燈具光源的成本比較上,現階段LED的 $/Lm(Lumen per dollar)大約在USD 0.01~0.02左右。由於LED價格經過去年的大幅度下跌,因此相較於傳統省電燈泡的價差由去年的5~10倍縮小至2~4倍,這也是今年以來LED照明逐漸加溫的原因之ㄧ。
不過由於傳統燈具市場非常成熟,因此傳統燈具的亮度與價格並不會呈現同比例變化,但是LED卻不相同。由於LED為半導體元件,價格與亮度會呈現同比例增加。在價格考量上,目前還是以10W以下的LED燈泡的滲透率最高。至於LED燈條的部分,由於產品價格相較傳統燈管價差高達20倍以上,目前還是以商用空間或是政府標案才有機會導入。

Figure-3 LED與螢光燈的$/Lm比較


歐美照明級LED供應商

CREE

CREE為上游晶片到封裝的整合供應商。近年所推出的Xlamp系列在照明級LED上頗獲好評,無論在發光效率或是壽命上都非常有競爭力。主要原因在於晶片的材料上採用碳化矽基板(Silicone Carbide)來取代藍寶石基板,碳化矽基板的導熱係數幾乎是藍寶石基板的10倍(Silicone Carbide has 10 times Vertical thermal characteristics than Saphire),及既導熱又導電可垂直直接將熱導出。此外、螢光粉的配方以及塗佈上也有獨特的專利技術。而2009年美國即將公佈的Energy Star規範,現階段CREE也已經能夠符合,同時也已經通過LM 79、LM 80測試的大部份項目,因此對於未來想要出貨到美國的照明燈具產品,CREE的LED會具有相當大的優勢。

目前High Power Xlamp系列的包含XR-E(7090 封裝)、XR-C,XP-E(3535封裝)、XP-C,以及MC-E(7090 4晶封裝)幾種規格。XP與XR的規格差異在於封裝體大小,XP的尺寸縮小近80%,可以有效的降低材料成本,達到與 XR系列一樣的發光效率,但最大建議操作電流由 XR 系列的 1Amp 降低為 700mA。XP-E的發光效率最高可達114Lm/W(cool white)MIN, 並已經大量出貨。而MC-E則是採用4顆高功率的多晶封裝,整體光通量最高可達到430Lm@350mA,建議操作最大值為 700mA。


OSRAM
 
照明大廠歐司朗 (OSRAM) 在LED領域由旗下子公司歐司朗光電半導體(OSRAM Opto Semiconductors) 負責。OSRAM Opto Semiconductors具有從晶片到封裝的整合能力,並且有多項白光專利技術。在晶片端以ThinGaN技術開發出高亮度的LED,首先在InGaN 層上形成金屬膜,之後再剝離藍寶石。這樣,金屬膜就會產生映射的效果而獲得更多的光線取出。
 
而在高功率的產品線規格上,依據功率不同而區分為Golden DRAGON (1W)、Platinum DRAGON (3W)、Diamond DRAGON (5W)。都是以單顆高功率LED封裝於在PLCC裡面。以目前的Golden DRAGON系列的主力產品LUW W5AM和 LCW W5AM為例,光通量可達112-130 lm和 71-82 lm,發光效率分別是100 lm/W和 64 lm/W。


日本照明級LED供應商

Nichia

Nichia的主要產品為小功率多晶封裝的LED,藉由並聯多顆小功率LED晶片在PLCC封裝體上。由於每單一個小晶片所分配到的電流極小,可以達到高光效以及不需要太多散熱的優點。在產品策略上,Nichia與Lumonus合作後,今年也會推出高功率的LED產品。
而Nichia在去年所推出083規格也是不少LED燈具廠商的偏好規格。以目前主流083B為例,在300mA下以3.3V驅動,發光效率可以達到100Lm/W。


Toyoda Gosei

在3C背光領域市佔率頗高的日廠豐田合成(Toyoda Gosei, TG)也將在今年推出3W的高功率LED產品。採用單晶片封裝形式,以Flip chip技術將High power LED倒置於陶瓷基板上,透過底部的反射層提高折射次數。由於不需要導線架,因此沒有導線架遮蔽的問題,有助於提升發光效率,發光效率可達80Lm/W,且產品尺寸僅只有3.5*3.5mm。此產品使用無機材料製成,具有高信賴性與壽命長的優勢。目前已經在送樣階段,預計將於今年中量產。


台灣照明級LED供應商

艾笛森

艾笛森為台灣知名的高功率LED封裝廠商。高功率LED元件主要採用Lead frame封裝形式,2008年下半年也陸續推出尺寸較小的COB封裝的元件。可以供應的LED規格從1W~100W不等。

以Ediexeon ARC為例,採用台灣的晶片,Lead frame單晶封裝形式,分別提供1W/3W規格。在350mA下,發光效率可以達到100Lm/W。實測3000小時光衰大約3%。主要應用於室內與商用空間的照明燈具。

而另外一個系列的Edistar,於陶瓷基板上採用高功率多晶封裝的形式。規格分別為50W/100W,光通量可以達到4000/7000Lm,發光效率可達70Lm/W。由於可以直接應用於路燈上,因此客戶詢問度很高。不過由於高功率多晶封裝的散熱問題不容易處理,會影響到光效與壽命,因此想要使用的燈具客戶必須要有相當的解熱能力才能考慮選購此規格。


齊瀚光電

齊瀚光電股份有限公司創立於2004年,透過母公司LUSTROUS在美國申請專利,由齊瀚生產製造,並且以LUSTROUS品牌對外銷售。

齊瀚的劉家齊總經理特別強調該公司自有的高功率COB封裝專利,由於市面上COB封裝幾乎都做平行結構,目前只有齊瀚有能力做垂直的結構。其高功率LED元件在silicon wafer做COB封裝,透過氮化物的雙色螢光粉來混成白光,並且在封裝後再加上一次光學處裡。

主要的產品規格5W~10W不等,未來將會開發出15W的產品。目前新產品以下列三個規格為主,Diamond/Diamond Pro系列發光效率70-80Lm/W,CRI 75%左右。而Crystal系列演色性高達92%,適合應用於百貨公司,展示櫃的商品照明。該公司的高功率LED元件壽命大約1.5萬小時。


新強光電

以往在LED路燈領域著墨較多的新強光電逐漸改變其產品策略。從2008年開始主推其光源引擎,並且開發多樣的室內或是商用照明燈具。新強光電的陳振賢董事長強調該公司擁有晶片、封裝、散熱等多項專利,因此新強的LED元件由晶片端即自行設計,並且委外製造。而後續的封裝以及散熱引擎一體成行,為台灣少數能夠整合晶片到封裝的高功率LED供應商。

新強最新的產品NeoPac Emitter為高功率多晶封裝的LED元件,30W 的LED光通量可以維持在1,500Lm,尺寸僅有14.1x14.1mm。雖然發光效率只有50Lm/W,但是搭配自有的散熱模組可以將junction temperature控制在60°C,進而確保LED光源的耐久性並維持其光特性。陳振賢董事長強調目前實測的光衰數據已經達到2.1萬小時,預估在室溫25℃下產品壽命可高達6萬小時以上。而今年也將會推出70Lm/W的NeoPac Emitter規格。

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